化工過程模擬與計(jì)算(第1章緒論)

1、整理課件1 1化工過程模擬與計(jì)算化工過程模擬與計(jì)算2 2整理課件第第1章章 緒論緒論1.1 概述概述1.2 化工過程模擬分類化工過程模擬分類1.3 化工過程模擬發(fā)展簡史化工過程模擬發(fā)展簡史1.4 化工過程模擬的功能化工過程模擬的功能1.5 化工過程穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)的構(gòu)成化工過程穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)的構(gòu)成1.6 課程內(nèi)容及要求課程內(nèi)容及要求3 3整理課件1.1.1化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展的三次飛躍化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展的三次飛躍u 第一次飛躍：第一次飛躍： “單元操作單元操作”概念的提出；概念的提出；u 第二次飛躍：第二次飛躍：“傳遞過程傳遞過程”概念的提出，概念的提出，Bird傳傳遞現(xiàn)象遞現(xiàn)象出版，出版，“三傳一反三傳

2、一反”特征確立；特征確立；u 第三次飛躍？第三次飛躍？過程系統(tǒng)工程、產(chǎn)品工程、多尺度。過程系統(tǒng)工程、產(chǎn)品工程、多尺度。1.1 概述概述整理課件4 4“三傳三傳”為為動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞（流體輸送流體輸送、過濾、過濾、沉降沉降、固體流態(tài)化、固體流態(tài)化等，遵循流體動(dòng)力學(xué)基本規(guī)律）、等，遵循流體動(dòng)力學(xué)基本規(guī)律）、熱量傳遞熱量傳遞（加熱、冷卻、（加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝等，遵循熱量傳遞基本規(guī)律）和蒸發(fā)、冷凝等，遵循熱量傳遞基本規(guī)律）和質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞（蒸餾、（蒸餾、吸收、萃取、干燥等，遵循質(zhì)量傳遞基本規(guī)律），吸收、萃取、干燥等，遵循質(zhì)量傳遞基本規(guī)律），“一反一反”為化學(xué)反應(yīng)過程。為化學(xué)反應(yīng)過程。“三傳一反三

3、傳一反”概括了化工生產(chǎn)過程的全部特征，概括了化工生產(chǎn)過程的全部特征，傳傳遞過程遞過程被認(rèn)為是單元操作的理論基礎(chǔ)，開辟了化學(xué)被認(rèn)為是單元操作的理論基礎(chǔ)，開辟了化學(xué)工程發(fā)展過程的第二個(gè)歷程。工程發(fā)展過程的第二個(gè)歷程。整理課件5 51.1.2化學(xué)工程模擬的概念化學(xué)工程模擬的概念 化工過程模擬是一種高科技手段；化工過程模擬是一種高科技手段； 它根據(jù)它根據(jù)化工單元過程化工單元過程和和熱力學(xué)的基本方程熱力學(xué)的基本方程，應(yīng)用現(xiàn)，應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法，編制成計(jì)算機(jī)軟件，使之能夠模擬實(shí)代數(shù)學(xué)方法，編制成計(jì)算機(jī)軟件，使之能夠模擬實(shí)際的化工生產(chǎn)過程。際的化工生產(chǎn)過程。整理課件6 61.2 化工過程模擬的分類化工過程模擬

4、的分類化工過程化工過程穩(wěn)態(tài)模擬穩(wěn)態(tài)模擬化工過程化工過程動(dòng)態(tài)模擬動(dòng)態(tài)模擬整理課件7 7 化工過程化工過程穩(wěn)態(tài)模擬：穩(wěn)態(tài)模擬：為通常所說的化工過程模擬或流程模擬；為通常所說的化工過程模擬或流程模擬；根據(jù)化工過程的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)化工過程的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，如物料的壓力、溫度、流量、如物料的壓力、溫度、流量、組成和有關(guān)的工藝操作條件、工藝規(guī)定、產(chǎn)品規(guī)格以及組成和有關(guān)的工藝操作條件、工藝規(guī)定、產(chǎn)品規(guī)格以及一定的設(shè)備參數(shù)，如蒸餾塔的板數(shù)，進(jìn)料位置等，一定的設(shè)備參數(shù)，如蒸餾塔的板數(shù)，進(jìn)料位置等，采用采用適當(dāng)?shù)哪M軟件，用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際的穩(wěn)態(tài)過程，得出適當(dāng)?shù)哪M軟件，用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際的穩(wěn)態(tài)過程，得出所計(jì)算的整個(gè)流程或

5、單元過程詳細(xì)的物料平衡和熱量平所計(jì)算的整個(gè)流程或單元過程詳細(xì)的物料平衡和熱量平衡數(shù)據(jù)。衡數(shù)據(jù)。得到的重要參數(shù)：材料消耗、公用工程消耗，產(chǎn)品、副得到的重要參數(shù)：材料消耗、公用工程消耗，產(chǎn)品、副產(chǎn)品的產(chǎn)量、組成和質(zhì)量等重要參數(shù)。產(chǎn)品的產(chǎn)量、組成和質(zhì)量等重要參數(shù)。整理課件8 8 化工過程化工過程動(dòng)態(tài)模擬動(dòng)態(tài)模擬它是計(jì)算裝置的某個(gè)或數(shù)個(gè)參數(shù)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，其他所有參數(shù)它是計(jì)算裝置的某個(gè)或數(shù)個(gè)參數(shù)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，其他所有參數(shù)如何隨時(shí)間而發(fā)生變化。如何隨時(shí)間而發(fā)生變化。它的計(jì)算永遠(yuǎn)不會(huì)終結(jié)，對于任何一個(gè)參數(shù)的變動(dòng)，計(jì)算結(jié)它的計(jì)算永遠(yuǎn)不會(huì)終結(jié)，對于任何一個(gè)參數(shù)的變動(dòng)，計(jì)算結(jié)果都是系統(tǒng)中所有工藝參數(shù)及相應(yīng)的性質(zhì)隨時(shí)間

6、變化的關(guān)系果都是系統(tǒng)中所有工藝參數(shù)及相應(yīng)的性質(zhì)隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。曲線。用途：過程動(dòng)態(tài)特性分析、控制方案的制定、開停車方案的用途：過程動(dòng)態(tài)特性分析、控制方案的制定、開停車方案的優(yōu)化以及操作工培訓(xùn)軟件的開發(fā)等。優(yōu)化以及操作工培訓(xùn)軟件的開發(fā)等。整理課件9 91.3 化工過程模擬發(fā)展簡史化工過程模擬發(fā)展簡史1.3.1國外國外p 起源：起源：20世紀(jì)世紀(jì)50年代中后期，年代中后期，1958年美國的年美國的M.W.Kellogg公司推出了世界上第一個(gè)化工模擬程序公司推出了世界上第一個(gè)化工模擬程序-Flexible Flowsheeting。p 初始發(fā)展期：整個(gè)初始發(fā)展期：整個(gè)60年代，國外各有關(guān)大學(xué)、

7、研究機(jī)構(gòu)年代，國外各有關(guān)大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和煉油、石化公司紛紛開始研究自己的模擬系統(tǒng)。特點(diǎn)：和煉油、石化公司紛紛開始研究自己的模擬系統(tǒng)。特點(diǎn)：功能簡單，計(jì)算范圍較窄，計(jì)算能力較差，收斂能力存功能簡單，計(jì)算范圍較窄，計(jì)算能力較差，收斂能力存在較多問題。在較多問題。p 成長壯大期：模擬技術(shù)得到了工業(yè)界的普通承認(rèn)，該時(shí)成長壯大期：模擬技術(shù)得到了工業(yè)界的普通承認(rèn)，該時(shí)期比較優(yōu)秀的軟件有：美國期比較優(yōu)秀的軟件有：美國Monsando公司的公司的Flowtran和和Simulation sciences公司的公司的Process。整理課件1010p 成熟期：進(jìn)入成熟期：進(jìn)入80年代后，模擬軟件的開發(fā)走向?qū)I(yè)化

8、、年代后，模擬軟件的開發(fā)走向?qū)I(yè)化、商品化。特點(diǎn)：模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性、可靠性大大增強(qiáng)，商品化。特點(diǎn)：模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性、可靠性大大增強(qiáng)，應(yīng)用范圍不斷拓寬，功能日益豐富，使用越方便。應(yīng)用范圍不斷拓寬，功能日益豐富，使用越方便。p 深入發(fā)展期：深入發(fā)展期：90年代開始，特點(diǎn)：從年代開始，特點(diǎn)：從“離線離線”走向走向“在在線線”，從穩(wěn)態(tài)模擬發(fā)展到動(dòng)態(tài)模擬和實(shí)時(shí)優(yōu)化，從單純，從穩(wěn)態(tài)模擬發(fā)展到動(dòng)態(tài)模擬和實(shí)時(shí)優(yōu)化，從單純的穩(wěn)態(tài)計(jì)算發(fā)展到和工業(yè)裝置緊密相聯(lián)。的穩(wěn)態(tài)計(jì)算發(fā)展到和工業(yè)裝置緊密相聯(lián)。整理課件11111.3.2國內(nèi)國內(nèi)p 起源：起源：60年代末。年代末。p 興旺期和大發(fā)展期：化工部第四、五、六、八、九設(shè)

9、計(jì)興旺期和大發(fā)展期：化工部第四、五、六、八、九設(shè)計(jì)院，化工部設(shè)計(jì)公司，燕山石化設(shè)計(jì)院，上海醫(yī)藥工業(yè)院，化工部設(shè)計(jì)公司，燕山石化設(shè)計(jì)院，上海醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計(jì)院等許多單位均投入相當(dāng)?shù)娜肆ξ锪M(jìn)行模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)院等許多單位均投入相當(dāng)?shù)娜肆ξ锪M(jìn)行模擬系統(tǒng)的開發(fā)。的開發(fā)。p 70年代末至年代末至80年代初：國內(nèi)模擬軟件水平已經(jīng)相當(dāng)接近年代初：國內(nèi)模擬軟件水平已經(jīng)相當(dāng)接近國外的先進(jìn)水平。國外的先進(jìn)水平。p 80年代引進(jìn)風(fēng)的興起導(dǎo)致年代引進(jìn)風(fēng)的興起導(dǎo)致70年代的興旺為曇花一現(xiàn)。年代的興旺為曇花一現(xiàn)。p 1987年，青島化工學(xué)院（現(xiàn)青島科技大學(xué)）推出了年，青島化工學(xué)院（現(xiàn)青島科技大學(xué)）推出了“工工程化學(xué)模擬系統(tǒng)（

10、程化學(xué)模擬系統(tǒng)（ECSS）”可謂一枝獨(dú)秀?？芍^一枝獨(dú)秀。整理課件12121.4 化工過程模擬的功能化工過程模擬的功能1.4.1 新裝置設(shè)計(jì)新裝置設(shè)計(jì)1.4.2 舊裝置改造舊裝置改造 石化和化工裝置的設(shè)計(jì)都要用石化和化工裝置的設(shè)計(jì)都要用1313整理課件1.4.3 新工藝、新流程的開發(fā)研究新工藝、新流程的開發(fā)研究1.4.4 生產(chǎn)調(diào)優(yōu)、疑難問題診斷生產(chǎn)調(diào)優(yōu)、疑難問題診斷整理課件14141.4.5 科學(xué)研究科學(xué)研究1.4.6 工業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)管理工業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)管理1.4.7 動(dòng)態(tài)模擬、實(shí)時(shí)優(yōu)化的基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)模擬、實(shí)時(shí)優(yōu)化的基礎(chǔ)整理課件15151.5 化工過程穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)的構(gòu)成化工過程穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)的構(gòu)成1.5

11、.1 模擬系統(tǒng)的主要組成部分模擬系統(tǒng)的主要組成部分 模擬系統(tǒng)的分類：模擬系統(tǒng)的分類： 專用型：早期模擬軟件，僅適用于某一確定的化工流程。專用型：早期模擬軟件，僅適用于某一確定的化工流程。 通用型：通用化工模擬系統(tǒng)指的是該模擬軟件適用于任何通用型：通用化工模擬系統(tǒng)指的是該模擬軟件適用于任何工藝流程。工藝流程。整理課件1616流程圖流程圖數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件流程圖拓?fù)浞治黾皵?shù)據(jù)檢查流程圖拓?fù)浞治黾皵?shù)據(jù)檢查調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)物性數(shù)據(jù)庫物性數(shù)據(jù)庫熱力學(xué)方法庫熱力學(xué)方法庫化工單元過程庫化工單元過程庫功能模塊庫功能模塊庫收斂方法庫收斂方法庫經(jīng)濟(jì)評價(jià)庫經(jīng)濟(jì)評價(jià)庫輸出文件生成系統(tǒng)輸出文件生成系統(tǒng)圖圖1-1 穩(wěn)態(tài)模擬

12、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)整理課件1717 調(diào)度系統(tǒng)的作用：調(diào)度系統(tǒng)的作用：單位制的匹配；單位制的匹配；熱力學(xué)方法的調(diào)用；熱力學(xué)方法的調(diào)用；物流和單元過程的動(dòng)態(tài)組合；物流和單元過程的動(dòng)態(tài)組合；動(dòng)態(tài)的組織流程、調(diào)用相關(guān)單元過程，指揮計(jì)算機(jī)按照動(dòng)態(tài)的組織流程、調(diào)用相關(guān)單元過程，指揮計(jì)算機(jī)按照拓?fù)浞治龃_定的流程順序進(jìn)行計(jì)算。拓?fù)浞治龃_定的流程順序進(jìn)行計(jì)算。在給定的迭代次數(shù)內(nèi)給出流程計(jì)算是否收斂的信息。在給定的迭代次數(shù)內(nèi)給出流程計(jì)算是否收斂的信息。 調(diào)度系統(tǒng)是調(diào)度系統(tǒng)是程序邏輯性、完善性、靈活性、使用性最重要程序邏輯性、完善性、靈活性、使用性最重要的體現(xiàn)，對其組織、編制和邏輯處理的技巧要求是最高的。

13、的體現(xiàn)，對其組織、編制和邏輯處理的技巧要求是最高的。整理課件18181.5.2 模擬軟件的基本輸入數(shù)據(jù)模擬軟件的基本輸入數(shù)據(jù)五大輸入部分五大輸入部分除了模擬計(jì)算流程圖外，還需用戶輸入五部分內(nèi)容：除了模擬計(jì)算流程圖外，還需用戶輸入五部分內(nèi)容：（1）計(jì)算總說明：輸入計(jì)算的）計(jì)算總說明：輸入計(jì)算的單位制（英制、公制和單位制（英制、公制和國際單位制三種單位）國際單位制三種單位）（2）組分?jǐn)?shù)據(jù)：）組分?jǐn)?shù)據(jù)：庫組分，石油餾分，用戶定義的組分。庫組分，石油餾分，用戶定義的組分。（3）熱力學(xué)方法：）熱力學(xué)方法：對準(zhǔn)確性起決定性作用。對準(zhǔn)確性起決定性作用。（4）物流數(shù)據(jù)：）物流數(shù)據(jù)：物流的溫度、壓力、流量和組成物流的溫度、壓力、流量和組成（5）單元過程數(shù)據(jù)：）單元過程數(shù)據(jù)：各個(gè)單元過程的工藝條件及可能有各個(gè)單元過程的工藝條件及可能有的約束條件。的約束條件。整理課件19191.6 課程內(nèi)容及